Çayırhan yer altı kömür ocağında kazı makinelerinin performanslarının araştırılması ve kayaç özellikleri ile ilişkilendirilmesi

Günümüzde yeraltı kazılarında kazıcı makina kullanımı giderek artma eğilimi göstermektedir. Özellikle de TBM, kollu galeri açma makinası ve tamburlu kesiciyükleyici makinaların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Mekanize kazı için ilk yatırım oldukça büyüktür. Bundan dolayı kazıcının yanlış seçimi çok büyük verim düşüklüğüne ve zaman kaybına neden olabilecektir. Uygulayıcı mühendis tarafından en uygun kazıcının seçiminde veya mevcut kazıcının performans tahmininde spesifik enerji değerinin bilinmesi büyük önem arz etmektedir. Birim hacimdeki malzemenin kazılmasında makinanın harcadığı enerji spesifik enerji olarak tanımlanmaktadır (kWh/m3). Kazıcı makinanın performans analizlerinde kullanılan spesifik enerji yardımıyla net kazı hızı (m3/h)ve makinanın ilerleme hızı hesaplanabilmektedir. Bu doktora tez çalışması Çayırhan kömür havzasında kullanılan kazıcı makinaların performans analizleri için gerçekleştirilen arazi ve laboratuar çalışmalarını içermektedir. Çayırhan kömür havzasında faaliyet gösteren B sektöründeki B06 ve B08 üretim panoları ile B810 ve C1310 taban yollarında yürütülen kazı çalışmaları dikkate alınmıştır. B06 ve B08 üretim panolarında kazı çalışmalarının yürütüldüğü 230 m boyundaki uzun ayak kazı arınının orta noktasında seçilen 48 m uzunluğundaki deneysel arın bölgesinde iki temel çalışma gerçekleştirilmiştir. Birinci çalışma arındaki kömür malzemesinin mekanik özellikleri olurken ikincisi kazı yapılan bu bölgede, kazıcı makinanın (Eickhoff SL 300) çekmiş olduğu akım değerleri ve ayak içi parametrelerinin izlenmesi olmuştur. Bu iki temel çalışma her iki panonun tavan ve taban ayağında 14 kez tekrar edilmiştir. B06 ve B08 üretim pano arınlarında gerçekleştirilen bu çalışmalar ile; 2733 adet Schmidt sertlik verisi, 1035 adet nokta yükleme dayanımı verisi, 702 adet doğal yoğunluk verisi, 10469 akım ölçüm verisi, 512 adet tahkimata gelen yük ölçüm verisi elde edilmiştir. Ayrıca B810 ve C1310 taban yollarında yürütülen çalışmalarda yine iki temel üzerinde olmuştur. Taban yollarında gerçekleştirilen 4 farklı çalışma ile 483 adet Schmidt sertlik verisi, 97 adet nokta yükleme dayanımı verisi, 82 adet doğal yoğunluk verisi ve 502 adet kazıcı makinanın (Dosco Mk2B) çekmiş olduğu akım verisi kayıt edilmiştir. B06 ile B08 üretim pano arınlarında ve B810 ile C1310 taban yolu arınlarında gerçekleştirilen kazı çalışmalarıyla spesifik enerji (kWh/m3), net kazı hızı (m3/h) ve ilerleme hızı (m/dk) değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra belirlenen bu değerler ile kazı arınlardan tespit edilen mekanik sonuçlar karşılaştırılmıştır. Parametrik değerlendirmeler dikkate alınarak spesifik enerjinin, tahmininde kullanılacak bir matematiksel yaklaşım geliştirilmiştir. Bu yaklaşımda girdi parametreleri; nokta yükleme dayanımı, Schmidt sertliği, doğal yoğunluk ve kömür damarı içerisindeki süreksizlik sayısı (#/m3) dır. Uygulayıcı mühendislerin kazıcı makina seçimlerine birinci derecede yardımcı olacak net kazı hızı (m3/h) ve ilerleme hızı (m/dk) değerlerinin hesaplanabilmesi için de ayrıca matematiksel yaklaşımlar geliştirilmiştir.

Recently, the using of excavation machines have increased in underground excavations. Especially, the using of TBM, roadheader and drum shearer-loader machines have become widespread. However, the first investment for mechanical excavation is rather big. Therefore, the wrong choosing of excavation machine will cause to decrease of production and also it will cause to time loss. That specific energy in the suitable machine selection and performance prediction by engineers is known is very important. The energy used by machine in excavation of the unit volume defined as specific energy, which is based on material. The net cutting rate (m3/h) and excavation speed (m/min) can be calculated by specific energy used in performance analysis of machine. This doctorate thesis study consists of in-situ and laboratory studies, which have carried out for performance analysis of excavation machine used in Çayırhan underground coal mine. B06 and B06 longwall panel formed in B sector and also B810 and C1310 gate road have been used in this research. Two main studies have been carried out on experimental face area which has 48 m length. The experimental face area has been prepared on longwall face which has 230 m length. While first study has been that mechanical properties of coal material in face has determined, the second study has consisted of performance monitoring and also mining parameters formed during mining applications. These two main studies have been repeated 14 times in roof and floor longwall faces. As a result, 2733 Schmidt hardness data, 1035 point load index data, 702 natural density data, 10469 current measure data, 512 load measures coming to support have been reached with studies carried out in B06 and B08 production panel faces. In addition, the same studies have been carried out on B810 and C1310 gate roads. As a result, 483 Schmidt hardness data, 97 point load index data, 82 natural density data and 502 current data which measured from excavation machine have been recorded to use in investigations. Specific energy (kWh/m3), net cutting rate (m3/h) and excavation speed (m/min) values have been calculated by database prepared from in-situ measurement carried out on B06 and B08 longwall faces and also B810 and C1310 gate road faces. Later, these values and mechanical results measured from faces have been compared. Relations among parameters have been determined by graphical evaluation. A mathematical approach in order to determine specific energy has been developed. The input parameters used in the approach; point load index, Schmidt harness, natural density and discontinuities numbers existed in the unit volume. In addition, in this study, to use in net cutting rate (m3/h) and excavation speed (m/min) calculations have been developed mathematical equations. As a result, it has suggested that the mathematical approaches developed by this research will be able to use in performance prediction by engineers.